第二章

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第一章 答案

【2-01】物理層要解決哪些問題？物理層的主要特點(diǎn)是什么？

解答：物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是具體的傳輸媒體?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備和傳輸媒體的種類非常繁多，而通信也有許多不同方式。物理層的作用正是盡可能地屏蔽掉這些差異，使物理層上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異，這樣就可使數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮本層的協(xié)議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體是什么。
在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特。物理層的任務(wù)就是透明地傳送比特流。也就是說，發(fā)送方發(fā)送1（或0）時(shí)，接收方應(yīng)當(dāng)收到1（或0）而不是0（或1)。因此物理層要考慮用多大的電壓代表"1"或"0"，以及接收方如何識(shí)別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。物理層還要確定連接電纜的插頭應(yīng)當(dāng)有多少根引腳以及各引腳應(yīng)如何連接。當(dāng)然，哪幾個(gè)比特代表什么意思，則不是物理層所要管的。傳遞信息所利用的一些傳輸媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)而在物理層協(xié)議的下面。因此也有人把傳輸媒體當(dāng)作第0層。

【2-02】規(guī)程與協(xié)議有什么區(qū)別？

解答：規(guī)程這個(gè)名詞僅用于物理層，在其他層不用"規(guī)程"，而用"協(xié)議"。
用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程（ procedure )。其實(shí)，物理層規(guī)程就是物理層協(xié)議。只是在"協(xié)議"這個(gè)名詞出現(xiàn)之前人們就先使用了"規(guī)程"這一名詞。因此，在物理層，這兩個(gè)名詞并沒有多大區(qū)別。

【2-03】試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型并說明其主要組成構(gòu)件的作用。

解答：一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分，即源系統(tǒng)（或發(fā)送端、發(fā)送方）、傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（或接收端、接收方）。圖 T -2-03就是這樣的通信系統(tǒng)模型。
源系統(tǒng)一般包括以下兩個(gè)部分。
(1）源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，例如，從計(jì)算機(jī)鍵盤輸入漢字，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生輸出的數(shù)字比特流。源點(diǎn)又稱為源站或信源。
(2）發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)字比特流要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。典型的發(fā)送器就是調(diào)制器?，F(xiàn)在很多計(jì)算機(jī)使用內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器（包含調(diào)制器和解調(diào)器）,用戶在計(jì)算機(jī)外面看不見調(diào)制解調(diào)器。

目的系統(tǒng)一般包括以下兩個(gè)部分。
(1）接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。典型的接收器就是解調(diào)器，它對(duì)來自傳輸線路上的模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，提取出在發(fā)送端置入的消息，還原出發(fā)送端產(chǎn)生的數(shù)字比特流。
(2）終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的數(shù)字比特流，然后把信息輸出（例如，把漢字在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來）。終點(diǎn)又稱為目的站或信宿。
在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的傳輸系統(tǒng)可以是簡單的傳輸線，也可以是連接在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

【2-04】試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)、信號(hào)、模擬數(shù)據(jù)、模擬信號(hào)、基帶信號(hào)、帶通信號(hào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù)字信號(hào)、碼元、單工通信、半雙工通信、全雙工通信、串行傳輸、并行傳輸。

解答：各名詞含義如下。
數(shù)據(jù)：是運(yùn)送消息的實(shí)體。
信號(hào)：是數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)。
模擬數(shù)據(jù)：即連續(xù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的變化是連續(xù)的。例如，我們?nèi)苏f話的聲音數(shù)據(jù)（聲波）就是連續(xù)變化的。
模擬信號(hào)：即連續(xù)信號(hào)，其特點(diǎn)是代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。當(dāng)我們打電話時(shí)，模擬數(shù)據(jù)（聲波）通過電話機(jī)的話筒后，變成了連續(xù)變化的電信號(hào)（模擬信號(hào)）。
基帶信號(hào)：即來自信源的信號(hào)，也就是基本頻帶信號(hào)。計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。
帶通信號(hào)：把基帶信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。經(jīng)過載波調(diào)制后的信號(hào)稱為帶通信號(hào)。這種信號(hào)僅在一段頻率范圍內(nèi)（即頻帶）能夠通過信道。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：即離散數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的變化是不連續(xù)的（離散的）。例如，計(jì)算機(jī)鍵盤輸出的就是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。但在經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器后，就轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)（連續(xù)信號(hào)）了。
數(shù)字信號(hào)：即離散信號(hào)，其特點(diǎn)是代表消息的參數(shù)的取值是離散的。
碼元：碼（ code ）是信號(hào)元素和字符之間的事先約定好的轉(zhuǎn)換。例如， A 的 ASCII 碼的表示就是1000001，而這里的每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字（1或0）都可稱為碼元（ code element )。碼元實(shí)際上就是碼所包含的元素。上面的例子說明 A 的 ASCII 碼包含7個(gè)碼元。在采用最簡單的二進(jìn)制編碼時(shí)，一個(gè)碼元就是一個(gè)比特。但在比較復(fù)雜的編碼中，一個(gè)碼元可以包含多個(gè)比特。
單工通信：又稱為單向通信，即只有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。
半雙工通信：又稱為雙向交替通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也就不能同時(shí)接收）。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時(shí)間后再反過來。全雙工通信：又稱為雙向同時(shí)通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。
串行傳輸：數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)是逐個(gè)比特按照時(shí)間順序依次傳輸?shù)摹?br>并行傳輸：數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)采用了 n 個(gè)并行的信道。在每一個(gè)信道上，數(shù)據(jù)仍然是串行傳輸?shù)?，即逐個(gè)比特按照時(shí)間順序依次傳輸。但把這 n 個(gè)信道放在一起觀察時(shí)，就可看出，數(shù)據(jù)的傳輸是每次 n 個(gè)比特。

【2-05】物理層的接口有哪幾個(gè)方面的特性？各包含些什么內(nèi)容？解答：物理層的接口有以下四個(gè)方面的特性：

(1）機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。平時(shí)常見的各種規(guī)格的接插件都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定。(2）電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。
(3）功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。
(4）過程特性：指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。

【2-06】數(shù)據(jù)在信道中的傳輸速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是什么？"比特／秒"和"碼元／秒"有何區(qū)別？

解答：數(shù)據(jù)在信道中的傳輸速率是受限制的。首先，具體的信道所能通過的頻率范圍總是有限的。信號(hào)中的許多高頻分量往往不能通過信道。如果信號(hào)中的高頻分量在傳輸時(shí)受到衰減，那么接收端收到的波形前沿和后沿就變得不那么陡峭了，每一個(gè)碼元所占的時(shí)間界限也不再是很明確的，而是前后都拖了"尾巴"。也就是說，擴(kuò)散了的碼元波形所占的時(shí)間也變得更寬了。這樣，在接收端收到的信號(hào)波形就失去了碼元之間的清晰界限。這種現(xiàn)象叫作碼間串?dāng)_。嚴(yán)重的碼間串?dāng)_使得本來分得很清楚的一串碼元變得模糊而無法識(shí)別。為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率就受到了限制。其次，所有的電子設(shè)備和通信信道中都存在噪聲。由于噪聲是隨機(jī)產(chǎn)生的，它的瞬時(shí)值有時(shí)會(huì)很大，因此噪聲會(huì)使接收端對(duì)碼元的判決產(chǎn)生錯(cuò)誤（1判決為0或0判決為1)。但噪聲的影響是相對(duì)的。如果信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)，那么噪聲的影響就相對(duì)較小。對(duì)于一定的信噪比，碼元的傳輸速率越大就越容易出現(xiàn)接收時(shí)的判決錯(cuò)誤。如果增大信噪比，那么碼元的傳輸速率就可以提高而不至于使判決錯(cuò)誤的概率增大。
在實(shí)際的傳輸環(huán)境中，信噪比不可能做到任意大。一方面，我們的信號(hào)傳輸功率是受限的（經(jīng)濟(jì)問題、器件問題、材料的絕緣問題，等等），而任何電子設(shè)備的噪聲也不可能做到任意小（任何電子設(shè)備都有其固有噪聲）。因此，在實(shí)際的傳輸環(huán)境中，信噪比不可能做到任意大。
香農(nóng)公式的意義就在于，只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。不過，香農(nóng)沒有告訴我們具體的實(shí)現(xiàn)方法。這要由研究通信的專家去尋找。
"比特／秒"和"碼元／秒"是不完全一樣的，因?yàn)楸忍睾痛a元所代表的意思并不相同。在使用二進(jìn)制編碼時(shí)，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于一個(gè)比特。在這種情況下，"比特／秒"和"碼元／秒"在數(shù)值上是一樣的。但一個(gè)碼元不一定總是對(duì)應(yīng)于一個(gè)比特。根據(jù)編碼的不同，一個(gè)碼元可以對(duì)應(yīng)于幾個(gè)比特，但也可以是幾個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于一個(gè)比特。

【2-07】假定某信道受奈氏準(zhǔn)則限制的最高碼元速率為20000碼元／秒。如果采用振幅調(diào)制，把碼元的振幅劃分為16個(gè)不同等級(jí)來傳送，那么可以獲得多高的數(shù)據(jù)率( bit / s )?

解答：如果我們用二進(jìn)制數(shù)字來表示這16個(gè)不同等級(jí)的振幅，那么需要使用4個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，即0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,
1111。可見現(xiàn)在用一個(gè)碼元就可以表示4個(gè)比特。因此，當(dāng)碼元速率為20000碼元／秒時(shí)，我們得到的數(shù)據(jù)率就是4倍的碼元速率，即80000 bit / s 。

【2-08】假定要用3 kHz 帶寬的電話信道傳送64 kbit / s 的數(shù)據(jù)（無差錯(cuò)傳輸），試問這個(gè)信道應(yīng)具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來表示）？這個(gè)結(jié)果說明什么問題？

解答：將以上數(shù)據(jù)代入香農(nóng)公式，得出： C =3 kHz x log2(1+ S / N )=64 kbit / s 解出1+ S / N =264/3
SIN =2.64x106
或用分貝表示：( S / N ) aB =101ogio(2.64 x 10°)=64.2 dB
這個(gè)結(jié)果說明：這個(gè)信道應(yīng)該是個(gè)信噪比很高的信道。

【2-09】用香農(nóng)公式計(jì)算一下，假定信道帶寬為3100Hz，最大信息傳輸速率為35 kbit / s ,那么若想使最大信息傳輸速率增加60%，問信噪比 SIN 應(yīng)增大到多少倍？如果在剛才計(jì)算出的基礎(chǔ)上將信噪比 S / N 再增大到10倍，問最大信息傳輸速率能否再增加20%?

解答：將以上數(shù)據(jù)代入香農(nóng)公式，

【2-10】常用的傳輸媒體有哪幾種？各有何特點(diǎn)？

解答：傳輸媒體可分為兩大類，即導(dǎo)向傳輸媒體和非導(dǎo)向傳輸媒體。在導(dǎo)向傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)向沿著固體媒體（銅線或光纖）傳播；而非導(dǎo)向傳輸媒體就是指自由空間，在非導(dǎo)向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無線傳輸。
常用的導(dǎo)向傳輸媒體有以下幾種。
(1）雙絞線：也稱為雙扭線，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，就是把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來。雙絞線的價(jià)格便宜，性能也不錯(cuò)，其通信距離一般為幾到十幾公里，使用十分廣泛。雙絞線又可分為無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線兩大類。前者更加便宜，但傳輸距離和抗干擾性能比不上后者。
(2）同軸電纜：由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實(shí)心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層（也可以是單股的）以及保護(hù)塑料外層所組成。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。目前同軸電纜主要用在有線電視網(wǎng)的居民小區(qū)中。同軸電纜的帶寬取決于電纜的質(zhì)量。目前高質(zhì)量的同軸電纜的帶寬已接近1 GHz .
(3）光纖：光纖是光纖通信的傳輸媒體。在發(fā)送端有光源，可以采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，它們?cè)陔娒}沖的作用下能產(chǎn)生出光脈沖。在接收端利用光電二極管做成光檢測(cè)器，在檢測(cè)到光脈沖時(shí)可還原出電脈沖。光纖有多模光纖和單模光纖之分，現(xiàn)在多模光纖已經(jīng)很少使用了。單模光纖的衰耗較小，過去在2.5 Gbit / s 的高速率下可傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器，但隨著光纖的制造工藝不斷進(jìn)步，單根光纖的傳輸速率已提高到10 Gbit / s ，甚至40 Gbit / s .如果采用密集波分復(fù)用技術(shù)，例如使用160的波分復(fù)用，那么一根光纖的傳輸速率就可達(dá)到
1.6 Tbit / s 。光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有其他的一些特點(diǎn)：傳輸損耗小、抗雷電和電磁干擾性能好、無串音干擾、保密性好、體積小、重量輕?，F(xiàn)在光纖通信的性價(jià)比越來越高，光纖已經(jīng)成為非常普及的一種傳輸媒體。
(4）架空明線：雖然鋪設(shè)容易，但通信質(zhì)量差，受氣候環(huán)境等影響較大，目前已經(jīng)很少使用。
非導(dǎo)向傳輸媒體實(shí)際上就是利用自由空間來傳播電磁波的。由于信息技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)各方面的節(jié)奏變快了，人們不僅要求能夠在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行電話通信（即移動(dòng)電話通信），而且還要求能夠在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信（俗稱上網(wǎng))。因此最近無線電通信發(fā)展得特別快，因?yàn)槔脽o線信道進(jìn)行信息傳輸，是在運(yùn)動(dòng)中通信的唯一手段。無線傳輸可使用的頻段很廣。人們現(xiàn)在已經(jīng)利用了好幾個(gè)波段進(jìn)行通信。例如：
(1）短波波段：通信距離遠(yuǎn)，但通信質(zhì)量較差。
(2）微波波段：微波在空間是直線傳播的，因此傳播距離受到限制，一般只有50~100 km 。
不過，可用接力的方法把信號(hào)傳送到很遠(yuǎn)的地方。衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)上也是一種微波接力通信，其
頻帶很寬，通信容量很大，信號(hào)所受到的干擾較小，通信比較穩(wěn)定，但信號(hào)的遲延較大。

【2-11】假定有一種雙絞線的衰減是0.7 dB / km （在1 kHz 時(shí)），若容許有20 dB 的衰減，試問使用這種雙絞線的鏈路的工作距離有多長？如果要使這種雙絞線的工作距離增大到100 km ，問應(yīng)當(dāng)使衰減降低到多少？

解答：使用這種雙絞線的鏈路的工作距離是：20/0.7=28.6 km .
若工作距離增大到100 km ，則衰減應(yīng)降低到20/100=0.2 dB / km .

【2-12】試計(jì)算工作在1200~1400 nm 之間以及工作在1400~1600 nm 之間的光波的頻帶寬度。假定光在光纖中的傳播速率為2x10m/ s .

解答：頻率＝光速／波長，在光纖中光速為2x10m/ s 。
1200~1400 nm :
帶寬＝與1200 nm 波長對(duì)應(yīng)的頻率減去與1400 nm 波長對(duì)應(yīng)的頻率
=2 x 10/1200 x 10’-2 x 10/1400 x 10=23.8 x 10 Hz =23.8 THz
1400~1600 nm :
帶寬=2x10/1400x10-2 x 10/1600 x 10-=17.86 x 102 Hz =17.86 THz

【2-13】為什么要使用信道復(fù)用技術(shù)？常用的信道復(fù)用技術(shù)有哪些？

解答：許多用戶通過復(fù)用技術(shù)就可以共同使用一個(gè)共享信道來進(jìn)行通信。雖然復(fù)用要付出一定代價(jià)（共享信道由于帶寬較大因而費(fèi)用也較高，再加上復(fù)用器和分用器也要增加成本）,但如果復(fù)用的信道數(shù)量較大，那么總的來看在經(jīng)濟(jì)上還是合算的。
常用的復(fù)用技術(shù)有：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用（包括統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）、波分復(fù)用（包括密集波分復(fù)用和稀疏波分復(fù)用）和碼分復(fù)用（即碼分多址）。

【2-14】試寫出下列英文縮寫的全稱，并進(jìn)行簡單的解釋。FDM , FDMA , TDM , TDMA , STDM , WDM , DWDM , CDMA , SONET , SDH , STM -1, OC -48。

解答：簡單解釋如下。
FDM ( Frequency Division Multiplexing ，頻分復(fù)用）：給每個(gè)信號(hào)分配唯一的載波頻率并通過單一媒體來傳輸多個(gè)獨(dú)立信號(hào)的方法。組合多個(gè)信號(hào)的硬件稱為復(fù)用器，分離這些信號(hào)的硬件稱為分用器。這里只強(qiáng)調(diào)了復(fù)用的方式，而并不關(guān)心復(fù)用的這些信道是來自多個(gè)用戶還是來自一個(gè)用戶。
FDMA ( Frequency Division Multiple Access ，頻分多址）：強(qiáng)調(diào)這種復(fù)用信道可以讓多個(gè)用戶（可以在不同地點(diǎn)）使用不同頻率的信道接入到復(fù)用信道。這里當(dāng)然采用了復(fù)用技術(shù)，只不過省略了"復(fù)用"二字。如果把譯名改為"頻分復(fù)用多址"，就太不簡練了。因此，“頻分多址"強(qiáng)調(diào)多址；譯名中雖然沒有提到"復(fù)用”，但是使用了頻分復(fù)用技術(shù)。
TDM ( Time Division Multiplexing ，時(shí)分復(fù)用）：把多個(gè)信號(hào)復(fù)用到單個(gè)硬件傳輸信道，它允許每個(gè)信號(hào)在一個(gè)很短的時(shí)隙使用信道，接著的時(shí)隙再讓下一個(gè)信號(hào)使用。這里只是說明了復(fù)用的方式，而并不關(guān)心復(fù)用的每個(gè)時(shí)隙的信號(hào)是來自多個(gè)用戶還是來自一個(gè)用戶。
TDMA ( Time Division Multiple Access ，時(shí)分多址）：強(qiáng)調(diào)這種復(fù)用信道可以讓多個(gè)用戶（可以在不同地點(diǎn)）使用不同的時(shí)隙接入到復(fù)用信道，即強(qiáng)調(diào)的是多址；譯名中雖然沒有提到"復(fù)用"，但是使用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)。
STDM ( Statistic TDM ，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）：又稱為異步時(shí)分復(fù)用，是一種改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用，它能明顯地提高信道的利用率。 STDM 幀不是固定分配時(shí)隙，而是按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。因此統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用可以提高線路的利用率。
WDM ( Wavelength Division Multiplexing ，波分復(fù)用）：就是光的頻分復(fù)用。人們借用傳統(tǒng)的載波電話的頻分復(fù)用的概念，就能做到使用一根光纖來同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào)。這樣就使光纖的傳輸能力成倍地提高了。由于光載波的頻率很高，因此習(xí)慣上用波長而不用頻率來表示所使用的光載波。
DWDM ( Dense WDM ，密集波分復(fù)用）：是波分復(fù)用的一種具體表現(xiàn)形式。 DWDM 的波長間隔很小，不到2 nm ，甚至小于0.8 nm 。因此現(xiàn)在可以把幾十路甚至一百多路的光載波信號(hào)復(fù)用到一根光纖中來傳輸。由于 DWDM 的普及應(yīng)用，現(xiàn)在人們談?wù)摰?WDM 系統(tǒng)幾乎全都是 DWDM 系統(tǒng)。
CDMA ( Code Division Multiple Access ，碼分多址）：使用碼分復(fù)用的一種共享信道的多址方法。每一個(gè)用戶可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。由于各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，各用戶之間并不會(huì)造成干擾，因此這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力。譯名中雖然沒有提到"復(fù)用"，但是使用了碼分復(fù)用技術(shù)。
SONET ( Synchronous Optical Network ，同步光纖網(wǎng)）：美國在1988年首先推出的一個(gè)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)的各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。 SONET 為光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84 Mbit / s 為基礎(chǔ)倍增。當(dāng)這個(gè)倍數(shù)是768時(shí)，傳輸速率近似為40 Gbit / s 。
SDH ( Synchronous Digital Hierarchy ，同步數(shù)字系列）: ITU - T 以美國標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)制定出的國際標(biāo)準(zhǔn)。 SDH 的基本速率為155.52 Mbit / s ，稱為 STM -1。
STM -1( Synchronous Transfer Module -1，第1級(jí)同步傳遞模塊）：通過光纖傳輸數(shù)據(jù)的一系列標(biāo)準(zhǔn)。 SDH 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第1級(jí)同步傳遞模塊（即 STM -1）的傳輸速率是155.52 Mbit / s ，然后把 n 倍的速率記為 STM - n 。
OC -48( Optical Carrier -48): OC ( Optical Carrier ）的意思就是光載波，是 SONET 標(biāo)準(zhǔn)的表示方法。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第1級(jí)光載波（即 OC -1）的傳輸速率是51.84 Mbit / s ，然后把 n 倍的速率記為 OC - n 。例如， OC -48的傳輸速率是48倍的 OC -1速率，即2488.32 Mbit / s ，一般寫為2.5 Gbit / s

【2-15】碼分多址 CDMA 為什么可以使所有用戶在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信而不會(huì)互相干擾？這種復(fù)用方法有何優(yōu)缺點(diǎn)？

解答： CDMA 系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是這種體制給每一個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，還必須互相正交。兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是這兩個(gè)碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積等于0。任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。而一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積是﹣1。
現(xiàn)在假定在一個(gè) CDMA 系統(tǒng)中有很多個(gè)站在相互通信，每一個(gè)站所發(fā)送的都是數(shù)據(jù)比特和本站的碼片序列的乘積，因而是本站的碼片序列（這個(gè)碼片序列相當(dāng)于發(fā)送比特1）和該碼片序列的二進(jìn)制反碼（這個(gè)碼片序列相當(dāng)于發(fā)送比特0）的組合序列，或什么也不發(fā)送（相當(dāng)于沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，既不是發(fā)送比特1也不是發(fā)送比特0)。我們還假定所有的站所發(fā)送的碼片序列都是同步的，即所有的碼片序列都在同一個(gè)時(shí)刻開始。
現(xiàn)假定有一個(gè) X 站要接收 S 站發(fā)送的數(shù)據(jù)。 X 站必須知道 S 站所特有的碼片序列。 X 站使用它得到的碼片向量 S 與接收到的未知信號(hào)進(jìn)行求內(nèi)積的運(yùn)算。 X 站接收到的信號(hào)是各個(gè)站發(fā)送的碼片序列之和。 X 站在接收機(jī)中有一個(gè)重要步驟，就是要進(jìn)行求內(nèi)積的計(jì)算。計(jì)算后的結(jié)果是：所有其他站的信號(hào)都被過濾掉（其內(nèi)積的相關(guān)項(xiàng)都是0)，而只剩下 S 站發(fā)送的信號(hào)。當(dāng) S 站發(fā)送比特1時(shí)，在 x 站計(jì)算內(nèi)積的結(jié)果是＋1，當(dāng) S 站發(fā)送比特0時(shí)，內(nèi)積的結(jié)果是﹣1。這樣就收到了 S 站發(fā)送的數(shù)據(jù)?？梢娖渌緦?duì) X 站與 S 站的通信不會(huì)產(chǎn)生干擾。采用碼分多址 CDMA 所發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被"黑客"發(fā)現(xiàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步， CDMA 設(shè)備的價(jià)格已大幅度下降，體積也大大減小，因而現(xiàn)在已廣泛使用在民用的移動(dòng)通信中，特別是無線局域網(wǎng)中。采用 CDMA 可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少干擾對(duì)通信的影響，增大通信系統(tǒng)的容量（是使用 GSM 的4~5倍），降低手機(jī)的平均發(fā)射功率，等等。

【2-16】共有四個(gè)站進(jìn)行碼分多址 CDMA 通信。四個(gè)站的碼片序列為：B ??-1-1+1-1+1+1+1-1),D ??-1+1-1-1-1-1+1-1), A ??-1-1-1+1+1-1+1+1),C ??-1+1-1+1+1+1-1-1)現(xiàn)收到這樣的碼片序列：(-1+1-3+1-1-3+1+1)。問哪個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的是1還是0?

解答： A 站的內(nèi)積：(-1+1-3+1-1-3+1+1)·(-1-1-1+1+1-1+1+1)/8
=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1
B 站的內(nèi)積：(-1+1-3+1-1-3+1+1).(-1-1+1-1+1+1+1-1)/8
=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1
C 站的內(nèi)積：(-1+1-3+1-1-3+1+1).(-1+1-1+1+1+1-1-1)/8 大學(xué)報(bào)短咨
=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0
D 站的內(nèi)積：(-1+1-3+1-1-3+1+1)·(-1+1-1-1-1-1+1-1)/8
=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1因此， A 和 D 發(fā)送1, B 發(fā)送0，而 C 未發(fā)送數(shù)據(jù)。

【2-17】試比較 ADSL , HFC 以及 FTTx 接入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

解答：使用 ADSL 最大的好處就是可以利用現(xiàn)有電話網(wǎng)中的用戶線，不需要重新布線。用戶可以根據(jù)自己的情況使用不同速率的寬帶接入（按帶寬付費(fèi)）。這種接入的缺點(diǎn)是對(duì)用戶線的質(zhì)量有較高的要求。如果用戶住宅距離電話交換局較遠(yuǎn)，或線路的噪聲較大，那么寬帶接入的速率就會(huì)適當(dāng)?shù)亟档汀?br> HFC 的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋面很廣，并且其帶寬也很高，可以傳送很高速率的數(shù)據(jù)；缺點(diǎn)是必須對(duì)現(xiàn)有單向傳輸?shù)挠芯€電纜進(jìn)行改造，使其變?yōu)榭呻p向通信的電纜。用戶家中需要增加一個(gè)機(jī)頂盒，用來觀看電視和傳送上行信號(hào)（在點(diǎn)播節(jié)目時(shí)使用）。此外，為了解決信號(hào)傳輸時(shí)有衰減的問題，在有線電纜中每隔一定距離就要加入一個(gè)放大器。大量放大器的接入將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性下降。在我國利用 HFC 接入到互聯(lián)網(wǎng)并未得到普遍使用。
光纖接入 FTTx 是解決寬帶接入最理想的方案，因?yàn)楣饫w可傳送的數(shù)據(jù)率很高，且通信質(zhì)量最好。隨著光纖接入的價(jià)格越來越便宜，現(xiàn)在我國寬帶接入的主流已經(jīng)是光纖接入了。尤其是新建造的高層建筑或居民小區(qū)，采用光纖接入已是用戶實(shí)現(xiàn)高速寬帶上網(wǎng)的首選?，F(xiàn)在速率為100 Mbit / s 的光纖接入已相當(dāng)普遍，而 ADSL 在我國寬帶接入中所占的比例已經(jīng)非常小了。

【2-18】在 ADSL 技術(shù)中，為什么在不到1 MHz 的帶寬中卻可以使傳送速率高達(dá)每秒幾兆比特？

解答：靠先進(jìn)的編碼，使得每秒傳送一個(gè)碼元就相當(dāng)于每秒傳送多個(gè)比特。下面更為具體地回答這個(gè)問題。
教材上的圖2-21畫出了 ADSL 所采用的 DMT 技術(shù)的頻譜分布。我們可以用另外的圖來說明這個(gè)問題。圖 T -2-18表示在電話用戶線中共有三個(gè)信道。第一個(gè)信道是傳統(tǒng)電話使用的雙向通信的電話信道，在這個(gè)信道上傳輸?shù)氖悄M電話信號(hào)。第二個(gè)信道是上行數(shù)據(jù)信道，是單向信道，共劃分為25個(gè)子信道。第三個(gè)信道是下行數(shù)據(jù)信道，也是單向信道，共劃分為249個(gè)子信道。

數(shù)據(jù)信道的每一個(gè)子信道都占據(jù)4 kHz 的帶寬（嚴(yán)格講是4.3125 kHz )，并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對(duì)用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此 ADSL 采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率?，F(xiàn)在 DMT 技術(shù)采用正交幅度調(diào)制 QAM 。每一個(gè)子信道的數(shù)據(jù)率并不固定，取決于該子信道的信噪比，在最好的情況下（即信噪比很高時(shí)），每一個(gè)子信道可獲得高達(dá)60 kbit / s 的數(shù)據(jù)率。這樣，
249個(gè)下行子信道在理論上可得到的下行極限總數(shù)據(jù)率是249 x 60 kbit / s =14.94 Mbit / s 。不過在
實(shí)際中這樣高的理論數(shù)據(jù)率是達(dá)不到的?，F(xiàn)在 ADSL 用戶最常用的下行數(shù)據(jù)率是2 Mbit / s 。
當(dāng) ADSL 啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，并在每一個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。對(duì)具有較高信噪比的頻率， ADSL 就選擇一種調(diào)制方案使得每個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于更多的比特。反之，對(duì)信噪比較低的頻率， ADSL 就選擇一種調(diào)制方案使得每個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于較少的比特。因此， ADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線，甚至無法開通 ADSL 。因此，電信局需要定期檢查用戶線的質(zhì)量，以保證能夠提供向用戶承諾的 ADSL 數(shù)據(jù)率。

【2-19】什么是 EPON 和 GPON ?

EPON ( Ethernet PON ）是以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)，已在2004年6月形成了 IEEE 的標(biāo)準(zhǔn)802.3ah。在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用 PON 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。 EPON 的優(yōu)點(diǎn)是：與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性好，并且成本低，擴(kuò)展性強(qiáng)，管理方便。
GPON ( Gigabit PON ）是吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)，其標(biāo)準(zhǔn)是 ITU 在2003年1月批準(zhǔn)的 ITU - T G .984。 GPON 采用通用封裝方法 GEM ( Generic Encapsulation Method )，可承載多業(yè)務(wù)，對(duì)各種業(yè)務(wù)類型都能夠提供服務(wù)質(zhì)量保證，是很有潛力的寬帶光纖接入技術(shù)。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-487686.html

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